大型交通枢纽结构振动传播规律及隔振/震措施

[目的]大型综合交通枢纽结构作为城市布局的重要组成,具有投资巨大、建设规模庞大、使用功能繁杂等特点。保证此类建筑物在地震作用下免遭破坏或损伤同时保留其使用功能,以及在多重立体交通作用下使其具有足够的安全性和舒适性是具有实际意义的工程问题,因此需对相关文献研究进行整理和归纳总结。[方法]综述了各类交通荷载引起的沿线地面和建筑物等的环境振动问题,以及交通枢纽结构常采用的减隔振/震装置的研究现状;总结了现阶段国内外学者在振动响应实测、振动预测模拟和振动传播规律方面的研究成果;基于现有研究的局限性,阐述了在交通枢纽结构环境振动控制方面的未来研究方向。[结果及结论]国内外对于三维复合隔振/震的研究相对较少,研究主要集中于轨道交通沿线或上盖建筑物的地铁振动隔振,且主要集中在对所提隔振/震装置的力学性能和减隔振/震效应的试验研究。目前,对三维复合隔振/震的理论及技术研究还不够深入,三维复合隔振/震的应用还未普及并形成相关体系,相关装置的研发及其减振机理、力学性能、理论模型等仍是亟待解决的关键问题。

近场地震作用下考虑P-Δ效应的首层柱顶隔震结构地震反应分析

近场地震所具有的位移和速度脉冲,会使得结构隔震层处形成较大的层间位移,结构的二阶效应不容忽视。首先,构造水平力偶来代替结构轴向力形成的附加弯矩,得到了一几何刚度矩阵,在此基础上提出了求解层间隔震结构P-Δ效应的免迭代计算方法;其次,分别选取了10组近场地震波和10组远场地震波,对层间隔震结构作了时程分析,研究了近场地震波对层间隔震响应的影响;最后,分析了近场地震作用下,P-Δ效应对层间隔震系统下部结构的影响。研究表明:近场地震作用下,层间隔震结构反应显著增大,在PGA=200cm/s2输入地震波下,P-Δ效应使得下部结构的响应增加50%左右。

考虑P-Δ效应的柱顶隔震结构的动力响应分析

针对柱顶隔震结构,提出考虑P-Δ效应动力响应的免迭代计算方法,分析P-Δ效应对柱顶隔震结构响应的影响。由于隔震层处的层间位移较大,当受到的轴力较大时,二阶效应不容忽视。隔震支座采用双线性模型,构造水平力偶代替结构轴向力形成的弯矩,并在隔震层处做了特殊处理,使得隔震层处的附加弯矩能够传递到下部结构。这样在计算结构的非线性响应时,相当于结构的刚度矩阵在原来的基础上增加了一个几何刚度矩阵,从而避免了迭代运算。研究表明:某些情况下P-Δ效应会显著增大下部结构的响应。

基于首次超越理论的高层隔震结构基础提离易损性分析

针对基础隔震的高层建筑,基于首次超越理论,计算了各个隔震支座在非平稳随机激励下发生基础提离破坏的易损性曲线。隔震结构采用三维有限元建模,隔震支座采用Bouc-Wen模型,经过等效线性化后,应用虚拟激励法求得结构的随机响应。讨论了隔震支座的阻尼比、屈服力以及地震动输入方向对隔震支座易损性曲线的影响。研究发现:增加隔震支座的阻尼比或是增加隔震支座的屈服力都会使得隔震支座发生基础提离的破坏概率增加,地震动的输入方向对隔震支座基础提离易损性曲线影响十分显著。

高层基础隔震建筑非平稳随机响应改进算法

利用虚拟激励法和等效线性化技术,计算了基础隔震高层建筑的非平稳随机响应。研究了高阶振型对高层隔震建筑响应的影响,提出了针对基础隔震结构随机响应分析的改进算法。计算中假定隔震建筑上部结构在大震作用下依然保持弹性状态,塑性变形集中在隔震层处,隔震层的恢复力-位移本构关系采用Bouc-Wen模型来描述。上部结构只需要提取前若干阶振型参与动力计算,剩余的高阶振型对结构响应的贡献按照静力校正技术求得。研究表明,改进的计算方法在没有显著增加计算量的同时,通过近似考虑高阶振型的影响,有效地提高了计算的精度。

基于地震易损性的斜拉桥斜置式黏滞阻尼器参数优化

为获得超大跨径斜拉桥斜置式黏滞阻尼器的合理参数,提出将基于全概率理论的斜拉桥地震易损性分析方法应用于该类阻尼器参数优化设计中。该方法综合考虑桥梁结构地震动的随机分布特点,同步建立斜拉桥顺桥向、横桥向的黏滞阻尼器参数-地震易损性曲面,以桥梁体系地震易损性最小为目标函数,分析顺桥向与横桥向的易损性曲线变化规律及优化参数,并综合顺桥向及横桥向参数优化结果,得到斜置式黏滞阻尼器的合理参数。以主跨806 m的芜湖长江公路二桥为背景,进行斜置式黏滞阻尼器参数优化设计。结果表明:基于全概率理论的斜拉桥地震易损性分析方法能够综合考虑桥梁结构的地震响应因素,并能根据设计目标对斜置式黏滞阻尼器进行参数优化设计;芜湖长江公路二桥优化后的斜置式黏滞阻尼器与主梁之间的夹角宜设定为26.3°,阻尼系数为3213 kN·(m/s)-0.26。

篮球“三威胁”技术动作教学中存在的问题及对策

在篮球教学中,"三威胁"姿势这一基础性细节技术因教师水平和教师抓大放细的教学方式等原因,在教学中多被忽略,使学生出现很多技术掌握问题,一定程度上影响了学生篮球进攻水平的提高。体育教师应从规范动作训练、多技术结合练习、进攻意识培养、身体素质训练几个教学要点重视"三威胁"技术动作教学,帮助学生提高篮球进攻能力和水平、增强学生的成就感。

基于前端处理的斜拉索索力智能监测系统研究

为提高斜拉索索力监测的效率及精度,研发了一种基于前端处理的拉索智能监测系统。该系统具有索力监测、振动监测及异常报警的功能,采用唤醒模式供电方式,大幅降低了传感器及CPU的耗电量;采用6LoWPAN技术,实现了监测数据低功耗、小成本的无线传输;采用可编程测MEMS加速度传感器对拉索的振动时域和频域特征值进行前端处理,仅将经过分析后少量有价值的数据传输至健康监测系统,大幅减低了健康监测系统的数据传输量;采用大动态弱信号数据采集方法,提高信号测量分辨率和测量系统峰值信噪比,有效识别微弱振动信号中的有效频率成分,提高了索力测量的精确度。实验室及实桥测试表明,该拉索智能监测系统显著提高了斜拉索监测的效率及精度,具有较强的实用性。

新型锁定黏滞阻尼器设计研究

丹江口水库特大桥为主跨760 m双塔部分地锚式混合梁斜拉桥,主跨跨中设“无轴力连接装置+大位移伸缩缝”构造。针对主跨跨中处伸缩缝阻尼约束需求,设计一种多级阀并联结构的新型锁定黏滞阻尼装置。建立大桥空间有限元模型进行设计参数优化,开展锁定性能及减振耗能测试,并进行地震作用下伸缩缝运动控制效果仿真分析。结果表明:锁定刚度为150 kN/mm时对伸缩缝有较优的减振效果,且具备较好的可实现性,是理想的设计锁定刚度;锁定性能测试中加载速度大于等于0.5 mm/s时,实现锁定,且锁定位移、锁定刚度均满足设计要求;减振耗能测试中各工况实测阻尼力与理论阻尼力的最大偏差为-6.2%,在规范允许最大偏差±15%以内,表明结构设计与原理的正确性,同时具备较好的速度锁定及黏滞阻尼耗能功能;纵、横向地震作用下,锁定黏滞阻尼器对伸缩缝的运动位移、运动速度均有明显的控制效果。

桥梁支座用滑板材料摩擦学研究进展

桥梁支座滑板材料是桥梁支座实现承载、滑动和转动的关键零件。阐述了桥梁支座用滑板的结构及工况特点,介绍了不同极端环境对桥梁支座材料的使用寿命和摩擦学性能的影响,介绍了聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯以及其它典型桥梁支座用滑板材料的研究现状与发展动态,并对比它们的异同点,在此基础上分析了桥梁支座用滑板材料摩擦学性能的未来发展趋势。

桥梁支座用滑板材料摩擦学研究进展

桥梁支座滑板材料是桥梁支座实现承载、滑动和转动的关键零件。阐述了桥梁支座用滑板的结构及工况特点,介绍了不同极端环境对桥梁支座材料的使用寿命和摩擦学性能的影响,介绍了聚四氟乙烯和超高分子量聚乙烯以及其它典型桥梁支座用滑板材料的研究现状与发展动态,并对比它们的异同点,在此基础上分析了桥梁支座用滑板材料摩擦学性能的未来发展趋势。

武汉杨泗港长江大桥变参数粘滞阻尼约束体系研究

武汉杨泗港长江大桥主桥为主跨1700m的单跨双层公路悬索桥,该桥采用一种新的阻尼约束体系--变参数粘滞阻尼体系。为研究变参数粘滞阻尼体系在振动控制方面的优势,基于变参数粘滞阻尼本构关系模型,采用ANSYS建立全桥三维有限元模型,分析3种不同约束体系(全飘浮体系、低速度指数粘滞阻尼约束体系、变参数粘滞阻尼体系)下桥梁的结构动力响应,并将加劲梁沿顺桥向推离平衡位置,分析其自动复位能力。结果表明:在车辆制动力、移动荷载、风荷载、地震等多种荷载作用下,变参数粘滞阻尼体系可显著降低塔、梁的相对位移和相对速度,塔、梁相对速度控制在1mm/s内,满足振动控制目标的要求;变参数粘滞阻尼体系具有较强的自复位能力。

大跨度斜拉桥斜置阻尼约束体系参数设计

芜湖长江公路二桥主桥为主跨806m的双塔四索面斜拉桥。为改善桥梁横桥向与顺桥向抗震性能,该桥采用斜置阻尼约束体系。采用MIDAS Civil软件建立全桥有限元模型,采用非线性规划法优化粘滞阻尼器的力学性能参数;根据该桥在温度作用、汽车荷载、汽车制动力、风荷载、地震作用等荷载及荷载组合作用下的结构响应,确定粘滞阻尼器的极限变位状态,并根据该极限变位状态计算粘滞阻尼器的极限位移参数。该桥斜置阻尼约束体系的设计参数分别为:阻尼器速度指数α=0.25、阻尼系数C=3 000kN/(m/s)0.25、最大阻尼力Fmax=2 200kN,行程±550mm、水平转角±15°、竖向转角±5°。

完全非平稳地震作用下斜拉桥随机响应分析

为研究粘滞液体阻尼器对斜拉桥随机地震响应的影响,结合虚拟激励法和等效线性化法对某大型斜拉桥进行完全非平稳地震响应分析。建立斜拉桥三维有限元模型,功率谱输入采用Conte和Peng提出的完全非平稳功率谱模型,通过对粘滞阻尼等效线性化处理并采用虚拟激励法将非平稳随机振动求解问题转化为一个确定性的逐步积分的过程,最后采用Monte-Carlo法验证虚拟激励法计算结果的正确性。结果表明:虚拟激励法可以准确地计算此类完全非平稳地震响应;通过在斜拉桥适当的部位设置粘滞液体阻尼装置,显著减小了斜拉桥的非平稳随机地震响应,可以有效改善结构的抗震性能。

芜湖长江公路二桥斜置粘滞阻尼器动力性能监测

芜湖长江公路二桥主桥为主跨806m的双塔四索面钢箱梁斜拉桥,采用斜置阻尼约束体系。为研究斜置阻尼约束体系实桥的动力性能,建立粘滞阻尼器实时监测系统,实测桥址处的风速、风向、梁体温度、粘滞阻尼器轴向位移及阻尼力,分析粘滞阻尼器的轴向位移随温度、风速、风向等环境因素的变化规律。结果表明:粘滞阻尼器的轴向位移与温度具有显著的相关性,温度变化是造成粘滞阻尼器发生位移的主要因素;横向风荷载导致粘滞阻尼器产生不均等位移;温度作用下粘滞阻尼器阻尼力小于设计最大阻尼力的1/10,满足规范要求;粘滞阻尼器运营正常,协同工作性能良好,动力性能满足要求。

桥梁结构阻尼减振技术研究与应用

为更有效地提升桥梁结构的动力性能,研发了一系列新的桥梁结构阻尼减振技术,结合工程实践,对这些新技术及应用情况进行分析。斜拉索双杆式杠杆质量阻尼器LMD通过连接杆的特殊设计,可同时控制斜拉索的面内和面外振动;悬索桥吊索外置式摆式杠杆阻尼器PLD、冲击质量阻尼器IMD和多重调谐质量阻尼器MTMD可提高吊索的模态阻尼,控制吊索的风致振动;调谐质量液体阻尼器TLMD成功抑制了拱桥刚性吊杆的风致振动和磁浮道岔梁的车桥耦合振动;斜置式多功能变参数抗震黏滞阻尼器具有"减振抗震、减振抗风、双向控制、有限限位"等功能。这些桥梁结构阻尼减振技术的应用,有效抑制了桥梁结构在车辆、风和地震作用下的动力响应。今后桥梁阻尼减振技术应在阻尼减振效果的非线性特性、智能阻尼器研发等方面加强研究。

基于随机地震响应的斜拉桥粘滞阻尼器参数优化

针对现有阻尼器参数优化方法的缺陷,基于斜拉桥的随机地震响应,提出一种粘滞阻尼器参数优化的方法。该方法利用虚拟激励法计算在一系列样本点处结构的地震响应,根据响应面法拟合结构地震响应关于粘滞阻尼器参数的函数表达式,最终以粘滞阻尼器的阻尼力最小为目标函数、阻尼器相对位移及桥塔塔底弯矩小于规定的限值为约束条件,采用非线性规划法计算粘滞阻尼器参数优化值。以某半飘浮双塔混合梁斜拉桥为例,对其粘滞阻尼器的参数进行优化,结果表明:该方法避免了单纯依靠经验选取阻尼器参数所带来的不确定性;通过考虑地震动的随机性,使优化结果具有较强的适用性;在构造响应面函数时采用高次多项式表达式,提高了计算结果的精度。

平潭海峡公铁两用大桥施工安全风险评估

平潭海峡公铁两用大桥施工海域地质、水文、气象环境恶劣,给桥梁施工带来巨大的安全风险,为加强施工的安全管理,提升风险决策水平,综合参考大桥施工组织状况及施工海域地质、气象环境等多方要素,确定了施工过程中存在的96个典型潜在危险源,在此基础上通过专家问卷调查,采用LEC法确定了单个危险源风险值,然后分别基于作业分解结构-风险分解结构评估方法与模糊层次综合法对平潭海峡公铁两用大桥通航孔桥施工进行了风险评估。结果表明:平潭海峡公铁两用大桥施工存在较大风险,其中,海上运输、桥塔墩身施工、边墩与辅助墩施工、钢桁梁施工及斜拉索施工作业这5个施工单元被评估为"风险极高",须分别采取针对性的风险控制措施。

刚构-连续梁组合桥悬臂施工阶段船行波动力响应分析

某跨水库大桥主桥为6跨预应力混凝土刚构-连续梁组合桥,为研究船行波作用下该桥施工过程中振动的舒适性,对船行波作用下结构的动力响应进行分析。首先采用陶瓷电容式测压传感器在施工水域现场实测了船行波的特征参数,然后采用ANSYS数值波浪水槽仿真了桥墩在该船行波作用下受到的波浪力,进而得到了结构在最大悬臂施工阶段的动力响应,在此基础上采用Diekemann指标评估了桥梁施工期间振动的舒适性。结果表明:船行波引起的结构振动非常小,计算的Diekemann指标仅为0.1,该桥施工期间振动的舒适性良好。

三维非偏心基础隔震结构非平稳随机振动分析

利用虚拟激励法和等效线性化技术,通过缩减等效线性化微分方程的数量,提出了求解三维有限元模型基础隔震结构非平稳随机响应的近似计算方法。计算中,假定隔震系统即使在受到大震激励时,其上部结构也依然处于弹性状态,塑性变形主要集中在隔震层处,隔震支座的本构关系采用Bouc-Wen模型描述。根据基础隔震结构响应的特点,假定同种类型支座相同方向滞迟变量大小相等,这样就可以显著减少参与计算的等效线性化微分方程的数量,降低微分方程组的阶数,提高了计算效率和精度。通过分析一简单的三维基础隔震的框架结构,验证了所提方法的正确性。该方法可以考虑不同类型隔震支座的差异性,方便地求得地震作用下各个支座的破坏情况,对于分析隔震支座在地震中的基础提离问题具有重要意义。